[发明专利]水下宽带吸声障板

说明书

本发明提供了一种水下宽带吸声障板，属于声学技术领域，包括长方体形状的弹性基材层和分布于弹性基材层内的多种多层局部共振结构，其关键结构为多个形状尺寸相同沿垂直于声波传播方向逐个分布的第一U型钢柱和多个形状尺寸相同沿垂直于声波传播方向逐个分布的第二U型钢柱，第一U型钢柱和第二U型钢柱均背向所述空腔开口。本发明吸声障板可以实现水下吸声障板在中低频范围内取得极高的吸声系数，相比较于现有技术，拓宽了吸声带宽，可实现在1300Hz‑3700Hz范围内中低频宽带良好的吸声效果。

技术领域

本发明涉及声学技术领域，具体涉及一种水下宽带吸声障板。

背景技术

吸声障板是声呐基阵声场治理环境和潜艇消声瓦的重要组成部分，主要设置在潜艇艏端和潜艇表面，用于吸收散射声波和入射声波，增加接收水声信号的可靠性，并降低潜艇被探测的概率。

随着新技术的不断应用，潜艇的工作深度不断增加，同时敌舰的声纳探测频率也逐渐降低，这些情况对吸声障板也提出了更高的要求。共振吸声结构是一种有效地可以实现中低频吸声的一种方式，正如2000年Science期刊上，刘正猷等人首次提出的局域共振型声子晶体结构，可以实现小尺寸结构控制大波长吸声，但目前共振吸声的工作频率范围十分有限，同时目前设计的结构基本上都是十分规则的形状，如圆形或球形。

而对于中高频的吸声方法，纵横波的转换是种十分有效的手段，如专利CN113611275A中所示的内置空气层的四方蜂窝复合水下吸声结构，该发明采用四方蜂窝障板，其在宽频范围内取得了良好的吸声效果，其结构要求橡胶与钢板之间必须是完全的空气背衬。又如2019年KangkangShi文章，其采用橡胶包裹多层局部共振结构的声超材料，拓宽了吸声带宽，但部分频段吸声效果仍然有限，另外其采用的截面结构仍是规则的矩形或圆形，吸声的频带带宽不够。

基于此，做出本申请。

发明内容

为了解决上述现有技术存在问题的至少之一，本发明提供一种水下宽带吸声障板，实现水下吸声障板在中低频范围内取得极高的吸声系数和较宽的工作频带，实现在水下1300Hz-3700Hz范围内取得优秀的宽频吸声效果。

本发明提供了如下的技术方案：

一种水下宽带吸声障板，包括长方体形状的弹性基材层和分布于弹性基材层内的多种多层局部共振结构，其特征在于：所述多种多层局部共振结构包括沿声波传播方向排列第一种吸声结构单元、第二种吸声结构单元、第三种吸声结构单元、第四种吸声结构单元、第五种吸声结构单元和第六种吸声结构单元；

其中所述第一种吸声结构单元包括多个形状尺寸相同沿垂直于声波传播方向逐个分布的第一U型钢柱；所述第二种吸声结构单元包括多个形状尺寸相同沿垂直于声波传播方向逐个分布的第二U型钢柱；所述第三种吸声结构单元包括多个圆柱形状的和尺寸相同的沿沿垂直于声波传播方向逐个分布的空腔；所述第四种吸声结构单元包括一长方体形状的第一钢板层；所述第五种吸声结构单元包括一长方体形状的空气背衬层；所述第六种吸声结构单元包括一长方体形状的第二钢板层；所述第一U型钢柱和第二U型钢柱均背向所述空腔开口。

本发明提供了一种优选方案，所述第一U型钢柱的横截面积小于第二U型钢柱的横截面积，该优选方案有助于增加该反声障板的吸声系数和吸声带宽。

本发明提供了一种优选方案，所述长方体形状的弹性基材层通过多块钢薄板包覆，该优选方案有助于保证该障板结构的水密性和大水压下的障板结构状态稳定性。

本发明提供了一种优选方案，多个所述第一U型钢柱等间距分布；多个所述第二U型钢柱等间距分布；多个所述空腔等间距分布；所述第一钢板从垂直于声波传播方向贯穿所述弹性基材层；所述空气背衬层从垂直于声波传播方向贯穿所述弹性基材层；所述第二钢板层从长度贯穿所述弹性基材层，该优选方案有助于增加该反声障板的吸声系数。